“Всихаючі” екзопланети підтвердили гіпотезу про перетворення міні-нептунів в суперземлі

Спостереження показали, що планети — міні-нептуни можуть втрачати атмосферу під дією випромінювання своїх зірок, переходячи в групу кам’янистих планет-суперземель.

У Сонячній системі таких світів немає, але на просторі всієї Галактики чималу частку від загального числа планет складають міні-нептуни. Це газові карлики, схожі на наші Уран і Нептун, але набагато менше. Міні-нептуни оточені щільною примордіальною атмосферою з водню і гелію і зазвичай знаходяться на пристойній відстані від материнських зірок. Ближче до них частіше зустрічаються більш компактні планети, суперземлі, такі ж кам’янисті, як наша, але більш масивні.

Межа між суперземлями і міні-нептунами знаходиться в районі півтора-двох земних радіусів. Однак масові спостереження екзопланет, які провів космічний телескоп Kepler, показали, що планет таких розмірів зовсім небагато. Цей феномен називається “провалом Фултона” – на честь астронома Бенджаміна Фултона (Benjamin Fulton), який виявив його близько 10 років тому.

Після додаткових досліджень вчені пов’язали дефіцит планет радіусом 1,5-2,0 земного з втратою ними атмосфер. Швидше за все, такі світи занадто малі, щоб утримувати свою первісну, примордіальну газову оболонку, і вона швидко випаровується в космос, залишаючи більш компактну кам’янисту суперземлю. Але що служить основним драйвером такої втрати? Це може бути, наприклад, тепло, що виходить з надр самої планети, або ж випромінювання зірки, особливо інтенсивне на ранніх етапах їх існування.

Розібратися в цьому питанні допомогла нова робота, проведена Майклом Чжаном (Michael Zhang) і його колегами з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech). Вчені розповідають про неї в статті, яка готується до публікації в The Astronomical Journal і поки доступна в бібліотеці препринтів arXiv.

Астрономи провели спектроскопічні спостереження за чотирма молодими і не надто далекими від нас міні-нептунами, що обертаються біля молодих зірок, помаранчевих карликів. Це TOI 560B розмірами в 2,8 радіуса Землі, TOI 1430.01 в 2,1 земного радіуса, TOI 1683.01 і TOI 2076b — в 2,3 і 2,5 радіуса відповідно. Робота показала, що всі чотири планети швидко втрачають гелій зі своїх оболонок, причому швидкість цього процесу занадто велика, щоб пояснюватися впливом їх власних надр. Отже, головний винуватець – випромінювання материнської зірки.

При такому темпі атмосфери міні-нептунів повністю еродують лише за кілька сотень мільйонів років.

“Ми робимо висновок, що більшість, якщо не всі ці планети, втратять свої насичені воднем оболонки і перетворяться на суперземні, — пишуть Чжан і його співавтори. – Ці результати показують, що більшість міні-нептунів, що обертаються навколо зірок сонячного типу, спочатку мають примордіальні атмосфери, але під дією випромінювання втрачають їх і переходять в суперземлі».

Джерело

Вчені знайшли планету, на якій потенційно може існувати життя